为防止气候变暖，“能源转型”成为了一个新的热门词。

在取代化石燃料的尝试中取得了巨大的技术进步。最大的进步就体现在电池方面。在过去的十年里，能量密度的提高和制造成本的降低，使电动汽车电池的价格几乎下降了十倍。

彭博新能源财经的分析师预测，在三年内，电池成本将降至每千瓦时100美元以下，在这个价格上，电动汽车变得和汽油动力汽车一样便宜，并且继续下降。

这些进展也使来自太阳能电池和风电场的间歇性能源储存应用在了电网规模的电池中，使可再生能源仅在价格上就能碾压煤炭和天然气发电厂。

因为电池是一种像微芯片一样的技术，而不是像石油那样的大宗商品，因此电池容量和成本的变化曲线将更接近电池稳定指数的增长。

但是，电池也依赖于某些元素的特定品质来工作。今天市场上性能最高的锂离子电池需要钴，而钴的获得存在很多障碍。

大多数已知的储量都位于刚果，一个政局不稳、战乱频繁的国家。那里的采矿工作十分危险，并且大量地雇佣了童工。近年来，这种金属的价格一直在剧烈波动。

未来能源需要更清洁的电池，为了应对气候变化和为未来的汽车提供动力，我们必须解决钴的问题。

即使电动汽车行业保持今天的规模（道路上有略多于1200万辆电动汽车），电池制造商也有必要寻找替代品。解决气候问题需要解决电池问题，而解决电池问题需要解决钴问题。

在为解决这个问题而兴起的公司中，一些公司正专注于从废电池中回收钴。其他公司正在重新考虑矿石加工，使衰败的采矿业变得有利可图。

有几家公司正尝试在海底开采。这些方法都是为了寻找更多的金属，人工智能勘探公司酷波德金属（KoBold Metals）就在这样做。

也有公司想办法减少这些金属的使用，其中曼提拉姆实验室正在试验无钴电池。

这两种思路是互补的，取决于对未来的不同概念和问题的判断。

北极圈里寻钴

8月下旬，在北极圈内加拿大魁北克省的最北端，一位名叫戴夫·弗里德曼（Dave Freedman）的酷波德公司的地质学家站在烈风中一望无际的苔原上。

他用大锤敲打着从土壤中突出的岩石。在成为岩石之前，它还是地球地幔中的岩浆，是18.5亿年前两个构造板块分离时涌出的几十米宽的熔岩舌的一部分。

岩浆融化了所流经的地壳层，随着上升而冷却，最终遇到阻力汇集在一起。然后随着最后的热量流走，凝固成一个火成岩的架子，地质学家称之为橄榄岩。

在漫长的岁月里，它被构造碰撞抬起，倾斜、折叠和破碎。冰川将其磨平。

图：弗里德曼

在两次响亮的敲击之后，一块蛋黄酥大小的突出物裂开了，露出粗晶粒和海藻绿色的橄榄石晶体，这些都是找到钴的好征兆。

显然，岩浆在这里冷却得很慢，让它有时间与邻近的岩石发生反应，并将它从地幔中带出的金属消化掉。

在露出部分的中间闪耀着一个铜色的m豆大小的点，这个点说明，在附近的某个地方，在酷波德公司 280平方英里（725平方公里）的勘探区块范围内，可能会有一个比较大的矿床，富含可提取的镍、铜，以及最宝贵的钴。

酷波德公司创立的出发点是：它能在别人找不到的地方找到这样的高品位矿石，而且一旦找到，该公司将满足全球爆炸性的需求。

玻璃罐中去钴

在魁北克的酷波德矿区以南2500英里（4023公里）处，另一种思路正在一个玻璃罐中酝酿，这个玻璃罐的尺寸与办公室的饮水机差不多，装在一个金属框架中，由细塑料管供给。

图：曼提拉姆

得克萨斯大学奥斯汀分校的研究生们在一位名叫阿鲁穆加姆·曼提拉姆（Arumugam Manthiram）的材料化学家的领导下，将各种溶解的金属硫酸盐流入罐内的溶液中，使它们结合成具有特定微观结构的固体。经过进一步处理，所产生的材料可用于生产电芯。

但这种电芯与目前在特斯拉和苹果手机中使用的电芯不同，它根本不需要钴。

20世纪70年代末，曼提拉姆在印度马德拉斯理工学院获得化学博士学位，他专攻金属氧化物，这类材料的分子结构在广泛的实际应用中很有用。

大约在那个时候，一位名叫约翰·古德诺（John Goodenough）的年轻美国物理学家开始意识到金属氧化物可能对蓄电池有用。

古德诺碰巧是曼西拉姆博士论文的主考官之一，几年后，他受聘于牛津大学的实验室担任博士后研究员。当得克萨斯大学聘请古德诺离开英国时，曼西拉姆也跟他走了。

1977年，一位名叫M.斯坦利·惠廷汉姆（M.Stanley Whittingham）的英国化学家，当时在埃克森研究和工程公司，为一种使用锂作为活性移动离子的蓄电池申请了专利。

古德诺和曼西拉姆等人发现，几乎只有钴与氧结合时形成的坚固的层状晶格能够有效地作为阴极材料。虽然层状氧化镍也能产生类似的效果，但它更难处理，而且会更快降解。

钴基阴极还有一个优势。由于该元素的热稳定性较强，它们自然的概率比较低。

索尼公司采用了古德诺的氧化钴设计，并在1991年发布了一台摄像机，这是众多消费电子设备中第一个使用该设计的设备。

2019年，惠廷汉姆、古德诺和索尼的吉野明（Akira Yoshino）都因电池领域的贡献共同获得了诺贝尔化学奖。97岁的古德诺要求曼西拉姆为他做诺贝尔演讲。

曼提拉姆则从20世纪90年代初开始担心钴的问题，当时他在得克萨斯大学接管了自己的实验室。该实验室现在被认为是世界上锂离子电池研究的领导者之一。

实验室成员还包括加拿大达尔豪斯大学的物理学家杰夫·达恩（Jeff Dahn）和首尔汉阳大学的化学工程师孙阳国（Yang-Kook Sun）。

不同的电动汽车使用不同的电池化学成分，但总的来说，随着每一种新设计的出现，电池中的钴含量都在下降。

“不太关注功率和续航能力的客户可以购买磷酸铁锂电动汽车，”曼西拉姆和古德诺在80年代就提出了这个概念。

然而，多年来，试图在不降低电池性能的情况下完全去除钴的尝试失败了。

钴曾用名“小鬼”

在寻找钴之前，人们其实是害怕钴的。

中世纪萨克森州的矿工发现了一种矿石，乍一看很像银，但在冶炼时却会发出有毒气体。

从技术上讲，这些烟雾来自于与钴混合在一起的砷和硫，但当时的矿工们意识不到这一点也很正常。他们为这种毫无价值的有毒岩石命名酷波德，是一种传说中在矿区出没的小鬼的名字。

1730-1740年，当瑞典化学家乔治·勃兰特（Georg Brandt）分离出这种金属时，他沿用了这个名字。

哈佛的物理学博士库尔特·豪斯（Kurt House）和乔希·戈德曼（Josh Goldman）于2018年10月创立酷波德公司的时候也沿用了这个名字。钴的价格早在那之前就曾逼近每公吨10万美元，到了二人创立公司时已经下跌了近三分之二，最后又回升到5万美元左右。

这家初创公司从风险投资基金安德森·霍洛维茨基金（Andreessen Horowitz）以及突破能源投资有限责任公司（Breakthrough Energy Ventures LLC）筹集资金。

突破能源投资有限责任公司是比尔·盖茨创立的清洁能源基金，其投资者包括杰夫·贝索斯（Jeff Bezos）、雷·达里奥（Ray Dalio）和迈克尔·布隆伯格（Michael Bloomberg）。

酷波德没有透露它已经筹集了多少资金，但研究机构PitchBook认为这个数字大约是2300万美元。酷波德公司的首席执行官豪斯说，该公司已经资助和承诺的资金远远超过了1亿美元。

豪斯不厌其烦地强调，他的公司不仅仅是在寻找钴。这样做是没有任何意义的。钴几乎总是与其他矿石的大型矿床混合在一起，包括镍、铜，有时还有铂族元素。

尽管钴是目前最有价值的电池金属，也是供应链中最让人操心的金属，全球电动汽车动力系统将需要更多的金属：镍和锂用于阴极，铜用于布线，稀土用于将电池的电能转化为扭矩的强大磁铁。

把所有这些加起来，再减去世界上已知的储量，你就得到了豪斯所说的10万亿美元的“金属缺口”。

这到底意味着什么？

钴并不稀有

钴实际上并不稀有。豪斯指出：“在各大洲地壳上部1公里处有足够的钴，可以为地球上的每个人制造一百万辆电动汽车。”但是，对所有的微量钴进行加工在经济上是不可能的。

矿产勘探的目的是找到那些矿石浓度足够大的地方，并且以今天的金属价格和今天的提取和提炼方法来开采它们能够获得利润。

戈德曼同时担任了酷波德的首席财务和首席技术官。他说：“你需要做的是从大自然大量的岩石中发现铜、钴或镍，并将这些岩石转化为含有1%的铜、钴、镍的新矿山。这真不是一件容易的事。”

自青铜时代以来，所有的采矿人都面临的同一个基本难题，就是地球的表面不是透明的。直到现代，矿物的发现是通过那些伸出地面的矿床来实现的：出土的矿床因氧化铁而呈现红色，或因铜而呈现孔雀石绿色。

欧洲中北部的巨大的铜页岩矿床至少从公元1200年起就被持续开采，而且很可能在之前的几千年里就已经被开采。

今天的探险家们有了更新的探测工具，无论是收集光谱图像和重力场数据的卫星舰队，还是由直升机拖动的巨大金属探测线圈。

然而，即使有这一切，到目前为止，绝大多数的发现都是在地表或接近地表的地方。而且在最近几年，无论在勘探上花了多少钱，新的发现一直在减少。

戈德曼说，“发现容易找到的矿藏的勘探方法几乎已经用尽了。”

图：弗里德曼掰开岩石样本，找到了钴存在的证据。

根据酷波德的诊断，有限的资源不是矿石，而是人类的认知能力。随着矿床离地表越来越远，来自地下的信号变得太稀疏和微弱，即使是最好的地质学家也无法将其拼凑起来。

金属矿床往往位于偏远、恶劣的地方，而且关于地下的现有信息零散不一致，而且经常是错误的。派遣一架带有磁力计的飞机或将钻机运到北极地区钻探性钻孔来收集新的数据，可能会很慢而且非常烧钱。

“这些都是稀疏的数据环境。”豪斯说，即使是对数据科学公司而言也是如此。

酷波德的35名员工来自谷歌、微软公司和Slack等公司，他们大多是拥有物理科学博士学位的程序员。

当被问及为什么加入这家初创公司时，他们都会提到加快能源转型的满足感。

用算法找矿

酷波德并不销售软件。该公司在澳大利亚、加拿大、中非铜带、格陵兰岛和美国的约20个地区拥有单独或合资的权益。

9月初，它宣布与世界第二大矿业集团必和必拓集团有限公司（BHP Group Ltd）建立勘探联盟。斯坦福大学地球物理学教授杰夫·卡尔斯（Jef Caers）是该公司的研究伙伴和股东，他说：“我喜欢酷波德的原因是他们利用了机器学习来发现矿藏。”

卡尔斯与酷波德合作开发了一种算法，可以用尽可能少的钻孔来确定矿体的大小和形状。大气物理学家杰克·埃德曼（Jake Edman）是该公司的机器学习主管，他开发了一种类似的算法，用于绘制其机载电磁勘测（带有巨大金属探测器的直升机）的飞行路线，其依据是它在飞行中发现或没有发现什么。

M. 史蒂芬·恩德斯（M. Stephen Enders）说：“我知道他们的方法是有效的。”他是一位有着45年行业经验的专家，是科罗拉多矿业学院采矿工程系的负责人。"我曾带着地质科学家团队和所有这些数据进入西非、南美和世界其他地区。这样一来，就真的是劳动密集型了。他认为，酷波德可以探索的速度和规模，有可能非常强大。

弗里德曼在魁北克省北部的夏天的倒数第二天是在浓雾中度过的。酷波德租的两架直升飞机，一架是为地质学家准备的，另一架是为电磁线圈准备的，都无法升空。

图：在魁北克省韦克姆贝的一个临时实验室里正在检查的样品。

那一天，弗里德曼与酷波德的首席科学家马克·托宾卡（Mark Topinka）谈论了该公司机器学习算法的最新预测。

该算法将一个地图上一个镰刀状的地方将其突出显示为“有希望”。

“是的，我想这是一个蛇形山。”弗里德曼说，“蛇形山并不乐观。作为一个由冰川倾倒从其他地方运来的岩石而形成的构造，它几乎不会透露它的地表下面有什么。”托宾卡认为它值得一查，起码可以看看为什么机器学习会锁定它。

图：等待分析的岩石袋。

第二天深夜，大雾散去。地质学家的直升机升空了，沿着一条河向西飞去，飞向60英里外的一个矿区。

下一站，在一个低矮的山口，是一块楔形的地面，让机器学习有些困惑。弗里德曼在那里检查和装袋岩石，试图确定原因。之后是一个山坡，在机器学习的预测地图中发出了代表“有希望”的红光。

当弗里德曼到达那里时，他变得很兴奋。他采集的多个样本中都有金属矿物质，分布在颗粒中或聚集成斑点。下午，他让飞行员飞过他和托宾卡讨论过的队列。他说：“蛇形山那些肯定有戏。”

这一天的最后一站，也是这个夏天的最后一站，是在弗里德曼之前确认为潜在矿石的一个露头区的视线范围内。他想看看这个矿层有多远。他在一个浅坡上走了一圈又一圈，他的GPS读数形成了一个多边形，将被反馈到算法中，在数十亿个数据中又多了一个数据点。

该公司将与一家矿业巨头建立合作关系或将其发现出售给该公司。

加拿大的采矿法规比刚果要严格得多，但过程是相似的。如果矿石足够接近地表，该矿将是一个露天矿，如果不接近地表，则是一个深坑，由一个工业村环绕，并由在苔原上开凿的道路供给。

开采矿石会留下一湖高酸性的尾矿，如果不仔细封存，会毒害周围的土壤和水。环境监督组织Earthworks的采矿项目主任帕亚尔·桑帕特（Payal Sampat）说：“如果你把对环境的负面影响忽略不计的话，每个新矿都是一个好矿。挖矿实际上是一个巨大的事业。”

挖矿产生的噪音惊扰了当地的北极熊。

弗里德曼和机器学习发现了很多潜在的岩石。豪斯说，几乎可以肯定的是，明年夏天他们将回到那里，通过软化的永久冻土钻探算法优化的钻孔。

如果一切顺利， 酷波德魁北克发现的金属可能会在几年内用在第一个电芯里。

“制造电池的元素不需要开采”

图：韦克姆贝

通常这个时间跨度是十年或二十年。科罗拉多矿业学院的恩德斯说：“从发现这些岩石开始，还需要很长的时间才能其转化为运营中的矿山。”

而持另一种思路的曼提拉姆说，到那时，他希望能帮助改变阴极的基本化学特性。

2020年7月，这位化学家与他的一名研究生和一名博士后研究员一起发表了一篇论文，表明他们可以用镍、锰和铝制造无钴阴极，其性能与今天广泛使用的镍钴铝和镍锰钴电芯一样好。

无钴电池储存了同样多的能量，充电速度一样快，并且具有同等的热稳定性。作者写道：“这项研究为下一代高能无钴锂离子电池的阴极材料开发开辟了新的空间。” 曼提拉姆已经成立了一家公司，TexPower，以尝试将这种化学反应商业化。

新设计用镍取代了阴极中的钴。要做到这一点，曼西拉姆必须找出一种方法来弥补镍的局限性。

在最基本的层面上，进入阴极的金属氧化物与其说是构造出来的，不如说是生长出来的。肉眼看去，一些前体粉末进入混合槽，然后不同的粉末沉淀出来。但通过电子显微镜观察，新粉末的每一粒都是较小颗粒的集合体。

进一步放大，这些颗粒的多孔结构就出现了。这就是允许锂离子进出的原因，同时也尽可能长时间地防止反复充电和放电所带来的降解现象。

让多种元素同时从罐子里沉淀出来，而且比例和形状完全正确，是非常困难的。他们花了数年时间对工艺的每一个方面进行修补，以获得正确的结果。原料加入的速度、搅拌的速度、溶液的温度和pH值的平衡、加入的试剂。当然，还有首先使用什么样的金属混合物。

一旦变得干燥，阴极前体盐就会与锂和氧气一起进入一个熔炉。但是，钴很容易“煮熟”，而镍则没那么容易。

必须精确控温，氧气以适当的速度和压力流过粉末，使其正常反应。当它发生反应时，它会形成另一种粉末（现在是黑色的），粘贴在铝箔上，形成一个阴极。

“在80年代，人们比较熟悉的是镍锂氧化物，当古德诺推出钴锂氧化物时，” 曼提拉姆说，“每个人都不看好，说我们不能制造它，它不起作用。我们花了40年时间才慢慢学会。”

因为钴和镍是一起被发现和提取的，用一个取代另一个不会对酷波德造成多大伤害。然而，曼提拉姆的最终目标可能会损害酷波德的利益。

他说，世界真正需要的是由根本不需要开采的元素制成的电池。

海洋中有大量的钠，而硫磺是一种无处不在的工业副产品。市场上有一些电池，两个电极是用这些材料制成的，但它们对温度的敏感性和易腐蚀性它们在许多用途上不切实际，包括汽车。

曼提拉姆可能没有另外40年的时间来解决这个问题，但他很有耐心。

归根结底，这两种方法的区别在于，人们认为哪些限制容易受到人类智慧的影响，哪些不容易。

“钴真的很好。”酷波德的豪斯说。他举起他的iPhone说：“里面根本就没有镍”。

与电动汽车不同，手机电池不用担心成本，因为电池成本只占手机整体成本的一小部分。苹果公司选择了全钴阴极。

“他们显然要对性能、能量密度、寿命、充电率能力等所有这些方面进行优化。”豪斯说，他总结说：“我们应该想方设法找到替代品。”

“如果有一个新的元素周期表，有更多的元素供我们选择就好了。这对我们会有很大的帮助。”曼瑟拉姆的电池研究员达恩笑着说：“如果没有什么元素可以让我们供得上全球的电池规模，你可以实际使用的周期表就变得非常小了。”

当然，在未来，我们能用世界上目前已知的钴、镍和锂的储量来制造数十亿辆电动汽车最好了。

豪斯说：“我不知道我们是否会使汽车队完全电气化，或使经济完全电气化。我知道，如果我们真的要解决气候变化问题，我们只能这样做”。

他希望能成为其中的一员。不过，他指出，“我不一定要解决全球变暖才能成为一个成功的公司”。

酷波德失败的概率会大于成功，但它只要成功一次，“我们就能赚到几十亿美元”。对这一点，他比较有信心。